Chuong 1 Hệ thống vi xử lý và vi điều khiển

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA
KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

KỸ THUẬT VI XỬ LÝ VÀ VI
ĐIỀU KHIỂN
Chương 1: Hệ thống vi xử lý và vi điều khiển

GIẢNG VIÊN:

ThS. ĐÀO TÔ HIỆU

Hà Nội, 1/2022


NỘI DUNG

✓Giới thiệu học phần
✓Khảo sát sơ đồ chân vi điều khiển
✓Phần mềm lập trình và mơ phỏng
✓Sơ đồ cấu trúc của vi điều khiển
✓Khảo sát sơ đồ chân vi điều khiển
✓Tổ chức bộ nhớ thanh ghi
✓Phần mềm lập trình và mô phỏng
2


GIỚI THIỆU HỌC PHẦN
Mơ tả chung học phần
- Vai trị chức năng của vi xử lý, hệ thống vi xử lý
- Lịch sử phát triển các thế hệ vi xử lý, các thông số cơ bản để
đánh giá khả năng của vi xử lý

- Cấu trúc và vai trò các thành phần trong sơ đồ khối của vi xử
lý 8 bit, nguyên lý hoạt động của vi xử lý 8 bit;
- Lịch sử phát triển vi điều khiển, ưu và nhược điểm khi sử
dụng vi điều khiển
- Cấu trúc bên trong và bên ngoài vi điều khiển 8 bit
- Chức năng các thiết bị ngoại vi: timer/counter, ngắt, truyền

dữ liệu của vi điều khiển, ngơn ngữ C để lập trình cho vi điều
khiển, các mạch ứng dụng vi điều khiển
3


GIỚI THIỆU HỌC PHẦN
Mục tiêu

• Kiến thức cơ bản về lập trình và thiết kế hệ
thống vi xử lý và vi điều khiển

• Vận dụng thiết kế, tính tốn, lập mơ hình và
quản lý các dự án điện tử nhỏ.

4


GIỚI THIỆU HỌC PHẦN
Chuẩn đầu ra

•

Phân tích cấu trúc vi điều khiển và các ngoại vi tích

hợp của vi điều khiển PIC 16F887.

•

Triển khai lập trình được với các linh kiện cơ bản như
led đơn, nút nhấn, led 7 đoạn, LCD sử dụng vi điều
khiển PIC 16F887

•

Tổ chức được các nhóm làm việc để thảo luận và giải
quyết các vấn đề liên quan đến lập trình vi điều khiển
PIC 16F887
5


GIỚI THIỆU HỌC PHẦN
Thành phần

Chuyên cần

ĐQT. Đánh
giá giữa kỳ

TKTHP. Đánh
giá cuối kỳ

Trọng số (%)

Bài đánh giá

Hình thức
đánh giá

5%

Điểm danh

- Điểm danh

5%

- Phát biểu,
Tham gia hoạt
thảo luận trên
động trên lớp
lớp

10%

B1. Bài kiểm
tra 1 tiết

- Tự luận/trắc
nghiệm/báo
cáo

20%

B2. Báo cáo

thực hành

- Báo cáo

60%

KTHP. Thi kết
thúc học phần

- Bài tập lớn/
Tiểu luận

6


GIỚI THIỆU HỌC PHẦN
Quy định chung về điều kiện thi
- Đọc tài liệu và chuẩn bị cho mỗi buổi học
trước khi dự lớp.
- Hoàn thành các bài tập được giao.
- Chuẩn bị nội dung thảo luận của học phần.
- Sinh viên phải dự lớp đầy đủ, đảm bảo tối
thiểu 80% các buổi học lý thuyết trên lớp và

100% các buổi học thực hành.
- Thực hiện báo cáo và làm bài tập đầy đủ.
7


KIẾN TRÚC BỘ VI XỬ LÝ

- Vi xử lý - microprocessor (viết tắt là µP hay uP) là
một linh kiện điện tử được chế tạo từ các tranzito thu
nhỏ tích hợp lên trên một vi mạch tích hợp đơn.
- Vi xử lý có thể là một máy tính nhỏ hoặc CPU
(Central Processing Unit) được sử dụng để tính tốn,
thực hiện phép toán logic, kiểm soát hệ thống và lưu
trữ dữ liệu. Vi xử lý sẽ xử lý các dữ liệu đầu vào/đầu
ra thiết bị ngoại vi và đưa ra kết quả trở lại để chúng
hoạt động
- Vi xử lý có các dịng 4bit-64bit. Hiện này các dịng vi
xử lý thơng dụng từ 8 bit trở lên.
- Vi xử lý hoạt động cần có chương trình điều khiển
các mạch logic và từ đó vi xử lý xử lý các dữ liệu cần
thiết theo yêu cầu
8


HỆ THỐNG VI XỬ LÝ

9


BỘ NHỚ
Bộ nhớ chính: ROM, RAM

10

Bộ nhớ lưu trữ: Bằng từ,
USB, đĩa mềm

BỘ NHỚ

Cấu trúc RAM 64x4
11


MỘT SỐ CHUẨN GIAO TIẾP
•Vi điều khiển có thể hoạt động độc lập, tương với các
thiết bị ngoại vi như ADC, các chân IO, các chuẩn giao
tiếp I2C, SPI… trong khi vi xử lý chỉ có thể tiếp nhận
thơng tin, phân tích và điều khiển qua các bus dữ liệu.
•Vi điều khiển là sự tích hợp của vi xử lý và nhiều các
thành phần khác nhau nữa như bộ nhớ, ngoại vi, bộ định
thời,… Đối với vi xử lý, để hoạt động được chúng cần có
các bộ nhớ ngồi như RAM, ổ cứng,…. các bộ định thời
như RTC…

12


MỘT SỐ LOẠI VI XỬ LÝ, VI ĐIỀU KHIỂN
+ Họ vi điều khiển AMCC (tập đoàn Applied Micro Circuits
Corporation).
+ Họ vi điều khiển Atmel (8051, Atmel AT91, AT90, Tiny & Mega –
AVR…).
+ Họ vi điều khiển Cypress MicroSystems (PSoC).
+ Họ vi điều khiển Freescale Semiconductor (Motorola).
+ Họ vi điều khiển Fujitsu( F²MC Family (8/16 bit), FR Family (32
bit), FR-V Family (32 bit RISC).

+ Họ vi điều khiển Intel.
+ Họ vi điều khiển Microchip (PIC).
+ Họ vi điều khiển National Semiconductor (COP8, CR16).
+ Họ vi điều khiển STMicroelectronics (ST 62, ST7STM8, STM32
(Cortex-Mx).
+ Họ vi điều khiển Philips Semiconductors.
13


ỨNG DỤNG CỦA VI XỬ LÝ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN
- Xây dựng bộ não trung
tâm của các hệ thống tự
động.
- Ứng dụng mục đích đặc
biệt bao gồm kiểm sốt,
giao tiếp, thiết bị đo đạc, tự
động hóa, thơng tin liên
lạc.
- Xây dựng các hệ thống
điện tử có tính mở và dễ
dàng tiếp cận.
- Vi điều khiển thuộc họ
PIC hoặc họ 8051… được
dùng trong các ứng dụng
như trong các hệ thống
nhúng nhỏ như hệ thống
điều khiển tín hiệu giao
thơng hoặc một loại hệ
thống robot.
14

PROGRAMABLE INTELLIGENT COMPUTER (PIC)
+
Kiến
trúc
RISC
(Reduced
Instructions Set Computer)
+ ISP flash 100,000 lần.
+ Ngơn ngữ lập trình C.
+ Phần mềm lập trình: CCS, MikroC.
+ Hỗ trợ các chuẩn truyền thông: I2C,
SPI, UART…
+ PIC 8-bit: PIC10, PIC12, PIC14,
PIC16, PIC17, PIC18
+ PIC 16-bit: PIC24, dsPIC30,
dsPIC33F
+ PIC 32-bit: PIC32
15

Pic16F887 (8 bit)


GIỚI THIỆU VỀ PIC

16


CẤU TRÚC VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F887

17


CẤU TRÚC VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F887

18


THÔNG SỐ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F887
+ Bộ dao động nội sai số 1%
+ Tần số dao động nội 31kHz –
8Mhz, dao động ngoại lên đến
20MhZ
+ Chu kỳ lệnh: 5MIPS
+ Tầm nhiệt độ chuẩn công
nghiệp
+ Dãy điện áp hoạt động 2-5.5V
+ 3 bộ timer: 2 bộ 8 bit và 1 bộ
16 bit
+ Truyền thông: UART, SPI, I2C,
SPI
+ Bộ nhớ lập trình: 14KB
+ RAM: 368B
+ EEP ROM: 256B
19

U1
1
2

3
4
5
6
7
14
13
33
34
35
36
37
38
39
40

RE3/MCLR/VPP

RC0/T1OSO/T1CKI
RC1/T1OSI/CCP2
RA0/AN0/ULPWU/C12IN0RC2/P1A/CCP1
RA1/AN1/C12IN1RC3/SCK/SCL
RA2/AN2/VREF-/CVREF/C2IN+ RC4/SDI/SDA
RA3/AN3/VREF+/C1IN+
RC5/SDO
RA4/T0CKI/C1OUT
RC6/TX/CK
RA5/AN4/SS/C2OUT
RC7/RX/DT
RA6/OSC2/CLKOUT

RA7/OSC1/CLKIN
RD0
RD1
RB0/AN12/INT
RD2
RB1/AN10/C12IN3RD3
RB2/AN8
RD4
RB3/AN9/PGM/C12IN2RD5/P1B
RB4/AN11
RD6/P1C
RB5/AN13/T1G
RD7/P1D
RB6/ICSPCLK
RB7/ICSPDAT
RE0/AN5
RE1/AN6
RE2/AN7

PIC16F887

15
16
17
18
23
24
25
26
19

20
21
22
27
28
29
30
8
9
10


THƠNG SỐ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F887
+ Có 35 chân I/O song song
+ Mỗi ngõ ra giao tiếp tối đa
25mA và tích hợp trở kéo lên
dương nguồn.
+ Bộ ngắt tích hợp
+ 8 chân so sánh tương tự.
+ 2 bộ so sánh điện áp tương tự
+ Bộ chuyển đổi ADC 14 kênh
+ Ngõ vào RS mặc định kéo lên
nguồn
+ Bộ nhớ Flash R/W 100000 lần
+ Bộ nhớ EEPROM cho R/W
1,000,000 lần
+ Cho phép đọc/ghi bộ nhớ
chương trình khi mạch hoạt động
20

U1
1
2
3
4
5
6
7
14
13
33
34
35
36
37
38
39
40

RE3/MCLR/VPP

RC0/T1OSO/T1CKI
RC1/T1OSI/CCP2
RA0/AN0/ULPWU/C12IN0RC2/P1A/CCP1
RA1/AN1/C12IN1RC3/SCK/SCL
RA2/AN2/VREF-/CVREF/C2IN+ RC4/SDI/SDA
RA3/AN3/VREF+/C1IN+
RC5/SDO
RA4/T0CKI/C1OUT
RC6/TX/CK

RA5/AN4/SS/C2OUT
RC7/RX/DT
RA6/OSC2/CLKOUT
RA7/OSC1/CLKIN
RD0
RD1
RB0/AN12/INT
RD2
RB1/AN10/C12IN3RD3
RB2/AN8
RD4
RB3/AN9/PGM/C12IN2RD5/P1B
RB4/AN11
RD6/P1C
RB5/AN13/T1G
RD7/P1D
RB6/ICSPCLK
RB7/ICSPDAT
RE0/AN5
RE1/AN6
RE2/AN7

PIC16F887

15
16
17
18
23
24

25
26
19
20
21
22
27
28
29
30
8
9
10


SƠ ĐỒ CHÂN VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F887
1

MCLR/Vpp/RE3

MCLR is used during programming, mostly connected to
programmer like PicKit or 3rd pin of PORTE, RESET

2
3
4
5
6
7
8

9
10
11
12

RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VrefRA3/AN3/Vref+
RA4/T0CKI/C1out
RA5/AN4/SS/C2out
RE0/RD/AN5
RE1/WR/AN6
RE2/CS/AN7
Vdd
Vss

Analog pin 0 or 0th pin of PORTA
Analog pin 1 or 1st pin of PORTA
Analog pin 2 or 2nd pin of PORTA
Analog pin 3 or 3rd pin of PORTA
4th pin of PORTA
Analog pin 4 or 5th pin of PORTA
Analog pin 5 or 0th pin of PORTE
Analog pin 6 or 1st pin of PORTE
Analog pin 6 or 2nd pin of PORTE
Power (+5V)
GND

13 RA7/OSC1/CLKI

External Oscillator/clock input pin or 7th pin of PORTA

14 RA6/OSC2/CLKO

External Oscillator/clock output pin or 6th pin of PORTA

15
16
17
18
19
20

0th pin of PORT C
1st pin of PORT C or Timer/PWM pin
2nd pin of POCTC or Timer/PWM pin
3rd pin of PORT C
0th pin of PORTD
1st pin of PORTD

RC0/T1OSO/T1CKI
RC1/T1OSI/CCP2
RC2/CCP1
RC3/SCK/SCL
RD0
RD1

21

SƠ ĐỒ CHÂN VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F887
21
22
23
24

RD2
RD3
RC4/SDI/SDA
RC5/SDO

2nd pin of PORTD
3rd pin of PORTD
4th pin of PORTC or Serial Data in pin
5th pin of PORTC or Serial Data Out pin

25 RC6/Tx/CK

6th pin of PORTC or Transmitter pin of Microcontroller

26 RC7/Rx/DT

7th pin of PORTC or Receiver pin of Microcontroller

27
28
29
30
31
32

33
34
35

4th pin of PORTD
5th pin of PORTD
6th pin of PORTD
7th pin of PORTD
GND
Power (+5V)
0th pin of PORTB or External Interrupt pin
Analog pin 10 or 1st pin of PORTB
Analog pin 8 or 2nd pin of PORTB

RD4
RD5/P1B
RD6/P1C
RD7/P1D
Vss
Vdd
RB0/INT
RB1/AN10
RB2 /AN8

36 RB3/PGM/AN9

Analog pin 9 or 3rd pin of PORTB or connected to programmer

37
38

39
40

Analog pin 11 or 4th pin of PORTB
Analog pin 13 or 5th pin of PORTB
6th pin of PORTB or connected to programmer
7th pin of PORTB or connected to programmer

RB4/AN11
RB5/AN13
RB6/PGC
RB7/PGD

22


PHẦN MỀM LẬP TRÌNH VÀ MƠ PHỎNG
CCS: />
23


PHẦN MỀM LẬP TRÌNH VÀ MƠ PHỎNG
Mikro C: />
24


PHẦN MỀM LẬP TRÌNH VÀ MƠ PHỎNG
Proteus

/>

25